construcción de un banco de imágenes virtuales de
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Construcción de un banco de imágenes virtuales de
Dermatopatología para la docencia en Posgrado
Paula Andrea Toro Castaño
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de medicina, Departamento de patología
Bogotá D.C., Colombia
2019
Construcción de un banco de imágenes virtuales de
Dermatopatología para la docencia en Posgrado
Paula Andrea Toro Castaño
Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:
Especialista en Patología Anatómica y Clínica
Directora:
Dra. Viviana Leticia Arias Pedroza
Línea de Investigación:
Dermatopatología
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de medicina, Departamento de patología
Bogotá D.C., Colombia
2019
La preocupación por el hombre y su destino
siempre debe ser el interés primordial de todo
esfuerzo técnico. Nunca olvides esto entre tus
diagramas y ecuaciones.
Albert Einstein
Agradecimientos
Inicialmente quiero agradecer a mi directora de trabajo de grado, la Doctora Viviana Arias
Pedroza por su apoyo, colaboración y constancia. También quiero manifestar un
agradecimiento especial a la Doctora Lina Jaramillo, coordinadora del programa de
Patología Anatómica y Clínica, por su inmensa confianza y porque siempre estuvo
pendiente de todo mi proceso. Al Profesor Eduardo Romero, director del centro de
Telemedicina de la Universidad Nacional, porque guio el rumbo de este proyecto y mantuvo
las puertas abiertas del centro, en todo momento, para el desarrollo del mismo. A los
integrantes del departamento de patología, por los consejos e ideas brindadas, pues estos
aportaron a la calidad de este trabajo. A los integrantes del grupo de investigación
CIM@LAB, en especial a Germán Corredor, David Romo, Josué Ruano y Cristian Barrera
por su amistad, enseñanzas y apoyo incondicional. A mis grandes e incondicionales
amigas Erika Alessandra Londoño Rojas y Edna Rocío Quintero Barbón, por sus aportes
y compañía. A mis padres por sus enseñanzas de perseverancia, amor y trabajo, y porque
siempre me acompañaron a lo largo de mi carrera universitaria, brindándome su apoyo y
voto de confianza. Por último, agradezco a todas las personas que me acompañaron
durante este proceso directa o indirectamente y que estuvieron dispuestas a apoyarme
cuando lo necesité.
Resumen y Abstract IX
Resumen
La digitalización de imágenes, denominado “microscopía virtual”, es una tecnología
relativamente reciente, que tiene como objetivo simular el uso del microscopio de luz a
través de la digitalización de láminas para crear imágenes de alta resolución. De esta
manera las aplicaciones de la digitalización de imágenes en patología cobran importancia
a la hora de complementar la visualización directa sobre todo en casos complejos y/o que
tengan un gran volumen de consulta, ambas cosas ocurren con la dermatopatología, por
tanto, se hace de vital importancia generar bases de datos anotadas, que resalten las
características histopatológicas de importancia y que sirvan como complemento tanto para
consultas cotidianas, como para la docencia en posgrado. En este trabajo, se
seleccionaron cien casos de enfermedades inflamatorias prototípicas de la piel. Se
utilizaron los patrones para el diagnóstico histológico de las enfermedades de la piel
propuestos por el Dr Ackerman como guía. Para cada caso se definieron los patrones y
conceptos histopatológicos a resaltar. Se digitalizaron las imágenes con el microscopio
robotizado diseñado por el grupo CIM@LAB de la Universidad Nacional de Colombia. Las
imágenes digitalizadas fueron subclasificadas en dos grupos: 1. Conceptos básicos y 2.
Patrones de enfermedades inflamatorias de la piel. En cada lámina virtual se realizaron
anotaciones para señalar los conceptos importantes para el diagnóstico histopatológico y
se describieron las definiciones correspondientes. La herramienta obtenida está disponible
para su consulta a través de la URL: http://cimalab.unal.edu.co/microscopio
Palabras clave: Telepatología, dermatopatología, microscopio robotizado, docencia.
X Construcción de un banco de imágenes virtuales de Dermatopatología para la
docencia en Posgrado
Abstract
Digitalization of histopathology images, called "virtual microscopy", is a relatively recent
technology, which aims to simulate the use of light microscope through the digitalization of
glass slides to create high resolution images. In dermatopathology, there are numerous
and complex cases; in this way, image digitalization becomes important since it is an
academic complement for direct visualization. Therefore, it is important to build annotated
databases that highlight histopathological main concepts, thereby serving as a complement
for both daily consultations and postgraduate teaching. In this work, one hundred cases of
prototypical inflammatory skin diseases were selected. Histopathological patterns
proposed by Dr. Ackerman were used for the diagnosis. For each case, histopathological
pattern and concepts to be highlighted were defined. The images were digitized with the
robotic microscope designed by the CIM@LAB group of Universidad Nacional de
Colombia. Digitized images were subclassified into two groups: 1. Basic concepts and 2.
Patterns of inflammatory skin diseases. In each virtual slide annotations were made to
indicate the important concepts for the histopathological diagnosis and the corresponding
definitions were described. The developed tool is available for consultation through the
URL: http://cimalab.unal.edu.co/microscopio
Keywords: Telepathology, dermatopathology, robotic microscope, training.
Contenido XI
Contenido
Pág.
1. Marco teórico ............................................................................................................ 5
2. Desarrollo de la herramienta ................................................................................. 19
3. Presentación y difusión de la herramienta ........................................................... 21
4. Conclusiones y perspectivas ................................................................................ 25
Introducción
La digitalización de imágenes, denominado “microscopía virtual”, es una tecnología
relativamente reciente, que tiene como objetivo simular el uso del microscopio de luz a
través de la digitalización de láminas para crear imágenes de alta resolución.
La telepatología fue introducida en 1986 por Weinstein y cols., quien examinó la necesidad
del diagnóstico patológico remoto. Desde ese momento se han escrito más de 900
artículos, incluyendo aproximadamente 3000 autores. Actualmente se ha avanzado
considerablemente en digitalización de láminas completas de alta resolución, permitiendo
su uso en un amplio rango de aplicaciones como educación, telemedicina, consultas,
investigación, archivo y pruebas de calidad [1].
Los sistemas de digitalización de imágenes que utiliza la telepatología se dividen en 3
grandes grupos: Sistema basado en imágenes estáticas, sistema basado en imágenes
dinámicas y sistemas basados de lámina virtual.
El sistema basado en imágenes estáticas es de bajo costo, con imágenes de menor
resolución con alta probabilidad de cometer errores de interpretación, salvo que se utilicen
cámaras óptimas con buena cobertura de digitalización. El sistema basado en imágenes
dinámicas funciona a través de una cámara de video de alta resolución que pretende enviar
imágenes en tiempo real a la localización remota del patólogo que está haciendo la
interpretación de las mismas, requiere entonces que todo el hardware este indemne
siempre y además, es de alto costo. El sistema basado en lámina virtual utiliza un scanner
que toma una imagen de toda la lámina y que puede ser navegable en cualquier lugar
donde ésta sea descargada, a pesar de su alto costo, es la mejor opción por su adecuada
resolución y por depender poco de hardware y conexión remota [2].
Por otro lado, además de los sistemas de digitalización mencionados previamente, se tiene
la opción de realizar anotaciones sobre las imágenes, las cuales, se ejecutan mediante
2 Introducción
flechas, círculos o recuadros. Lo cual tiene como objetivo resaltar ciertas características
diagnósticas [3].
De esta manera las aplicaciones de la digitalización de imágenes en patología cobran
importancia a la hora de complementar la visualización directa sobre todo en casos
complejos o que tengan un gran volumen de consulta, lo que ocurre con la
dermatopatología.
La importancia en educación se basa en el hecho de que la creación de imágenes digitales,
proporcionan una fuente interactiva con potencial de ser vista y estudiada en diferentes
espacios y horarios. Por tanto, recursos digitales específicamente en dermatopatología
han sido ya creados para ser utilizados en dispositivos móviles como smartphones y
tablets[2], utilizando imágenes digitalizadas de campos específicos y mega-imágenes de
toda la lámina, algunas con anotaciones y videos digitales para ser utilizado por
dermatólogos, dermatopatólogos y estudiantes de éstas áreas.
El objetivo del presente trabajo de promoción es crear un banco de imágenes virtuales de
casos representativos de lesiones básicas y enfermedades dermatológicas como apoyo
docente en posgrado utilizando el sistema de lámina virtual.
JUSTIFICACION
El sistema de digitalización de imágenes es una tecnología relativamente reciente con
amplias aplicaciones en el área de patología; por el momento no está habilitado para
diagnóstico primario por sus limitantes tales como baja resolución, pero si está siendo
ampliamente utilizado como complemento diagnóstico, investigación, archivo, pruebas de
calidad y educación.
Para llevar a cabo dicha digitalización se utilizan varios sistemas, de los cuales, el basado
en lámina virtual, provee una mejor calidad de la imagen y a su vez, proporciona mayor
interactividad con la lámina digitalizada, a pesar de que el costo de éste método es alto y
por tanto, su uso es restringido, en las instalaciones de la Universidad Nacional de
Colombia, se cuenta con un microscopio robotizado a bajo costo, diseñado y fabricado por
el grupo CIM@LAB con participación del departamento de Mecánica y Mecatrónica de la
Introducción 3
Facultad de Ingeniería, que se encuentra disponible para el desarrollo de proyectos de
investigación en diferentes áreas.
Además, es posible en la plataforma de almacenamiento de imágenes, realizar
anotaciones sobre las mismas, suministrando una guía para su visualización, resaltando
características diagnósticas esenciales.
A pesar de que la demanda de dicha tecnología es muy alta en patología, en el marco de
la dermatopatología, donde el volumen y dificultad en el enfoque de las lesiones de piel
son importantes, aún son pocos los estudios que se encuentran en la literatura y hacen
énfasis principalmente en su aplicación diagnóstica y no educativa, siendo las imágenes
utilizadas, en su mayoría, no navegables y con limitaciones de costo y dependencia a la
conectividad con servidores remotos, o posibilidad de acceder a conexiones a internet de
adecuada calidad en ámbitos hospitalarios, por ejemplo.
Por lo anterior, se hace necesario, implementar el uso de esta herramienta en áreas de
gran volumen de consulta y dificultad, como la dermatopatología, y además, se configuraría
como un modelo para futuras aplicaciones en otros sistemas.
OBJETIVO GENERAL:
Crear un banco de imágenes virtuales de casos representativos de lesiones básicas y
enfermedades dermatológicas como apoyo docente utilizando el sistema de lámina virtual.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
• Realizar la digitalización de las imágenes correspondientes a lesiones básicas y
lesiones inflamatorias en dermatopatología.
• Identificar las características histológicas típicas de un grupo de enfermedades en
el área de Dermatopatología.
• Aplicar un sistema de anotaciones en las imágenes digitalizadas.
• Crear el subgrupo de “Términología básica en Dermatopatología”.
• Crear el subgrupo de “Identificación de patrones histológicos de enfermedades
inflamatorias de la piel”.
• Implementar el uso de esta herramienta virtual para su utilización en docencia en
el área de Dermatopatología.
1. Marco teórico
1.1 Telepatología y sistemas de digitalización de láminas
El advenimiento de la tecnología fotográfica hace 150 años y su progreso desde
proyectores de láminas rudimentarias hasta inclusión de nuevos recursos que
perfeccionan su práctica, como cámaras digitales, ha permitido amplias aplicaciones en
diferentes áreas de la medicina, dentro de ellas, la patología, la histología, la informática
médica y el análisis de imágenes y su sinergia, mediante el acople de la cámara al
microscopio, captura de imágenes y almacenamiento de las mismas, tanto así, que ahora
ésta práctica hace parte de metodologías usadas de manera cotidiana por muchos
patólogos, sobre todo en países del primer mundo [4]
El concepto de telepatología fue introducido por Weinstein y cols. en 1986, cuando
publicaron el primer artículo relacionado, cuyo objetivo era examinar componentes
necesarios para práctica diagnóstica remota en patología. Desde ello se han publicado
cerca de 900 artículos que integran el concepto de telepatología y microscopía virtual,
incluyendo más de 3000 autores en 37 países diferentes [2]
En general, los sistemas de digitalización de imágenes se dividen en tres grupos: Sistema
basado en imágenes estáticas, sistema basado en imágenes dinámicas y sistemas
basados de lámina virtual.
El sistema basado en imágenes estáticas es de bajo costo, con probabilidades de obtener
imágenes de mediana o baja calidad. El sistema basado en imágenes dinámicas funciona
a través de una cámara de video de alta resolución que pretende enviar imágenes en
tiempo real a la localización remota del patólogo que está haciendo la interpretación de
estas, requiere entonces que todo el hardware este indemne siempre, encendido, y que la
conexión remota funcione adecuadamente y adicionalmente, es de alto costo. El sistema
basado en lámina virtual utiliza un scanner que toma una imagen de toda la lámina y que
6 Construcción de un banco de imágenes virtuales de Dermatopatología para la
docencia en Posgrado
Título de la tesis o trabajo de investigación
puede ser navegable en cualquier lugar donde ésta sea descargada, gracias al uso de
softwares y/o interfases adecuadas para tal fin, a pesar de su alto costo, es la mejor opción
por su adecuada resolución y por depender poco de hardware y conexión remota [2]
Todo el sistema debe adaptarse a las condiciones de uso de múltiples usuarios e
imágenes, a las necesidades particulares de cada especialidad y a un manejo tan intuitivo
del microscopio virtual, que su uso resulte amigable para diferentes tipos de usuarios.
Hoy en día, sus aplicaciones varían desde educación, abordaje de tumores, interconsultas,
investigaciones, archivo, y test de calidad [1]
Las ventajas del método de lámina virtual son, entre otras:
- Ofrece una fuente interactiva para ser consultada en cualquier tiempo y lugar,
permitiendo un mayor acceso, práctico y portable, tanto así que se han generado
aplicaciones para dispositivos móviles como smartphones y tablets [2, 5]
- Algunos permiten realizar anotaciones ya que se puede resaltar, mediante flechas,
círculos y textos (figura 1) características diagnósticas específicas, siendo esto una
guía de visualización de la imagen en estudio. Se ha demostrado en estudios
previos una mejoría en el aprendizaje de residentes de patología y dermatología de
hasta un 17% [3], con mayores beneficios para residentes de primer año de dichas
especialidades [6]
- Facilita la consulta de una segunda opinión [8] optimizando tiempo y costo
efectividad [9]
- Posibilita mayor número de usuarios en lugares remotos, para observar en tiempo
real la información de la placa virtual, con lo cual se ofrece un ambiente adecuado
para la participación de múltiples expertos en investigaciones científicas o
segundas opiniones en actividades de diagnóstico [10]
- Proporciona una herramienta complementaria al uso del microscopio electrónico en
personas sin experiencia previa con el sistema de imágenes digitales, como lo
muestra el estudio realizado por Brick, K. E y cols. en 2014 [7]
Capítulo 1 7
- Algunos autores defienden el alto grado de concordancia entre la evaluación de
láminas a través de microscopía óptica y el sistema de digitalización de imágenes,
llegando hasta un 94% [11]
Figura 1. Imágenes con anotación. Tomado de: Morrison, A. O., & Gardner, J. M. (2015).
Microscopic Image Photography Techniques of the Past, Present, and Future. Archives of
pathology&laboratory medicine, 139(12), 1558-1564
Dentro de las limitaciones referidas están:
- Dificultad para interpretar figuras mitóticas, núcleos de neutrófilos y gránulos de
eosinófilos [12]
- Lentitud en la valoración de la lámina [1]
- No está aprobada por la FDA como herramienta diagnóstica primaria [6]
8 Construcción de un banco de imágenes virtuales de Dermatopatología para la
docencia en Posgrado
Título de la tesis o trabajo de investigación
1.2 Creación de imágenes virtuales mediante microscopio robotizado
Un microscopio es un sistema óptico que transforma un objeto en una imagen y amplifica
sus detalles característicos. Cuando se habla de microscopía virtual, se introducen nuevos
procesos, como la construcción de placas virtuales, su almacenamiento y el diseño de
herramientas flexibles que permiten visualizar interactivamente dichas placas virtuales en
diferentes ampliaciones [10].
Para que el proceso de telepatología se lleve a cabo, se requiere el uso de un microscopio
robotizado, tanto antes del procesamiento de la imagen como después de él [10] y permite
complementar la visualización óptica directa [13].
Los pasos a seguir para que una lámina histológica sea convertida en una imagen virtual
mediante un microscopio robotizado son: Adquisición de la muestra, ensamblaje de la
imagen, almacenamiento, visualización y navegación (Figura 2)
Figura 2. Etapas de creación de imagen virtual. Tomado de: Marín, D., & Romero, E.
(2011). Sistemas de microscopía virtual: análisis y perspectivas. Biomédica, 31(1), 144-55.
Capítulo 1 9
1.2.1 Adquisición de la muestra
La información de una lámina se adquiere mediante la toma de imágenes con gran
aumento (40X-100X) a través de una cámara acoplada al microscopio, realizando múltiples
tomas secuenciales adyacentes hasta barrer toda la muestra. Así, a mayor aumento se
utilice, más pequeño será el campo visible y será, entonces, necesario un mayor número
de tomas.
La velocidad de digitalización depende del área a escanear, objetivo empleado, resolución
de la cámara, tamaño máximo de la muestra, la calidad de enfoque y el método de barrido.
En el proceso de adquisición de la muestra, es frecuente que se presenten varias fuentes
de error, tales como condiciones de iluminación variables entre diferentes campos de vista,
deformaciones geométricas por distorsión radial de la cámara, errores de alineamiento en
los bordes de la imagen adquirida o fluctuaciones por movimientos del motor. Estos
artefactos visuales siempre se pueden mejorar aplicando técnicas de restauración de
imágenes [14]
1.2.2 Ensamblaje de la imagen
El proceso de ensamblaje en la construcción de imágenes de histopatología se asemeja a
un rompecabezas, en el que pequeñas piezas se deben unir a sus complementarias con
el mínimo error. Por lo tanto, se toman imágenes adyacentes con una ligera superposición
entre sus bordes (entre 5% y 10% del campo microscópico capturado), hasta hacer el
barrido en toda la preparación.
Al finalizar el proceso de captura, se continúa con el montaje, con el cual cada fotografía
adquirida se fusiona con sus vecinos espaciales por medio de técnicas de registro de
imágenes. Mediante el cual se superponen dos o más imágenes sobre una sola
imagen. Finalmente quedará una sola gran imagen producto de las superposiciones
realizadas.
Finalmente, por medio de tres procesos complementarios: transformación geométrica de
la imagen de referencia, una medida de similitud que mida objetivamente el nivel de
emparejamiento logrado en la transformación y un algoritmo de optimización que permita
10 Construcción de un banco de imágenes virtuales de Dermatopatología para la
docencia en Posgrado
Título de la tesis o trabajo de investigación
ajustar de manera precisa las dos imágenes, se hace un algoritmo de registro entre dos
imágenes, la plantilla y la referencia.
Las medidas de similitud más usadas en registro son la correlación cruzada normalizada,
la correlación por fase o la información mutua.
1.2.3 Almacenamiento de la imagen
Posterior a la construcción de la lámina virtual, se debe escoger una estrategia de
almacenamiento que tenga en cuenta el flujo de trabajo de un laboratoriovirtual de
microscopía: imágenes de gran volumen, de alrededor de 4 a 10 gigabytes, las cuales se
deben guardar de forma íntegra y sin ninguna alteración de la información almacenada.
Para esto, el formato de almacenamiento se debe ajustar a las siguientes características.
- Buenas tasas de compresión.
- Compresión sin pérdidas
- Acceso eficiente a los datos de la imagen.
1.2.4 Visualización y navegación
Finalmente, para lograr la consulta de la imagen y la interacción con la misma, es necesario
que estos sistemas garanticen el envío de la información eficientemente a través de
canales de comunicación que respondan a los requisitos de los estándares de
telemedicina.
El éxito de un microscopio virtual depende de la habilidad del sistema para satisfacer las
expectativas del usuario, de manera que estos sistemas deben estar diseñados y
adaptados a las diferentes necesidades de los expertos, para lo que se requiere una
interfaz gráfica de usuario que le facilite al experto la visualización y exploración de la
Capítulo 1 11
información contenida en la placa virtual para su valoración dependiendo de los
requerimientos del usuario.
El diseño de la interfaz gráfica de usuario debe tener en cuenta la importancia de los bajos
aumentos, para exploración, y los mayores aumentos. La gran mayoría de estas interfases
en sistemas de microscopía virtual, le permiten al usuario tener en cada instante de la
navegación una imagen con bajo aumento, a modo de mapa orientador de la preparación,
y una región de interés en un alto nivel de amplificación.
1.2.5 Microscopio robotizado – grupo cim@lab
El Microscopio Robotizado desarrollado por el Grupo CIM@LAB, de la Universidad
Nacional de Colombia, a diferencia de muchos sistemas disponibles en el mercado, es
adaptable a muchos microscopios pues es completamente externo. El sistema está
compuesto por dos etapas: adquisición y almacenamiento. La fase de adquisición posee
un sistema mecánico, adaptado a la platina de un microscopio convencional, y de una
cámara digital JVCKY-F58® (Victor Company of Japan, Japan Ltd.) acoplada al sistema
óptico triocular del microscopio, disponible en el comercio [10].
La parte mecánica del microscopio contiene una base y dos “actuadores” lineales
controlados electrónicamente a través de un puerto USB que se comunica con un
computador. Dichos “actuadores” corresponden a dos motores de paso con un transductor
mecánico y un electroimán. El electroimán mueve el actuador por medio de una pieza en
hierro adaptada a la platina del microscopio. La adquisición y el almacenamiento se
realizan mediante un software que permite visualizar la imagen tomada a partir de una
cámara acoplada al ocular del microscopio. La base permite montar el microscopio dentro
del sistema y sirve de soporte para los “actuadores” lineales.
La precisión de este sistema es de hasta 1 μm en los ejes X y Y, y su error de precisión es
menor de 5%, valor calculado tras escalar la imagen capturada y estimar el número de
pixeles entre marcas antes del movimiento de la platina y después de él, el foco se ajusta
de manera automática mediante un algoritmo que permite identificar contraste de colores
[10].
Este diseño en particular automatiza la adquisición de la muestra desde cualquier
microscopio, en contraste con las soluciones comerciales que tienen incorporado todo el
12 Construcción de un banco de imágenes virtuales de Dermatopatología para la
docencia en Posgrado
Título de la tesis o trabajo de investigación
equipamiento físico en un solo dispositivo de adquisición, en el cual no se pueden modificar
sus parámetros según las necesidades del usuario [14].
Dicho sistema ha sido utilizado previamente en una red de telepatología real, como parte
del proyecto “Sistema de Telepatología Dinámica para la Evaluación de Muestras de
Patología Anátomica en Sitios Distantes sobre la Red Académica de Tecnología Avanzada
(RENATA)”, también ha sido utilizado como herramienta del laboratorio del grupo de
investigación Bioingenium de la Universidad Nacional de Colombia para la captura de las
fotografías de muestras para la posterior construcción de megaimágenes (Figura 3).
1.3 Uso de la telepatología en dermatopatología
Figura 3. Partes del microscopio robotizado CIM@LAB. Tomado de: Marín, D.,
& Romero, E. (2011). Sistemas de microscopía virtual: análisis y
perspectivas. Biomédica, 31(1), 144-55
Capítulo 1 13
A pesar de que la demanda de la digitalización de imágenes es muy alta en patología, en
el marco de la dermatopatología, donde el volumen y dificultad en el enfoque de las
lesiones de piel son importantes, aún son pocos los estudios que se encuentran en la
literatura [2]y en su mayoría, hacen énfasis en su aplicación diagnóstica y no educativa.
En una búsqueda realizada en Pubmed el 25 de Mayo de 2015, con los términos “Digital
imaging” AND “Dermatopathology” se encontraron 12 artículos [1-9, 11, 12,15] de los
cuales 3 [3,6-7] tienen conceptos explícitos de educación en el área. La mayoría de ellos,
y otros referenciados por éstos autores, relacionan interpretaciones diagnósticas de
lesiones melanocíticas, no melanocíticas e inflamatorias entre visualización a través de
microscopio óptico versus imagen digitalizada, encontrándose que, a pesar de que se
podrían realizar diagnósticos certeros con ésta tecnología, la visualización es más lenta y
genera dificultades de interpretación [1, 4,8,11, 12, 15-18].
Por otro lado, se han desarrollado aplicaciones para dispositivos móviles, con el fin de
acceder a consulta rápida y portable en temas relacionados con dermatopatología, con la
limitante del peso de las imágenes y el requerimiento de conexión a internet desde el
dispositivo, entre otros [2,5].
Los estudios relacionados con educación en el área de dermatopatología, comparan,
mediante exámenes, el progreso de residentes entrenados con imágenes virtuales vs
entrenamiento de rutina en microscopios ópticos y a su vez comparan su progreso con
imágenes virtuales con anotaciones vs imágenes sin anotaciones, encontrando que el
progreso de los residentes en general, es similar si se entrenan con microscopía óptica
convencional o imágenes virtuales, sin embargo, es mejor el entrenamiento cuando se
trata de residentes de primer año, y cuando las imágenes tienen anotaciones ya que esto
se convierte en una guía educativa[3,6,9]. Un estudio entre dermatopatólogos mostró que
el método digital es más fácil y provee satisfacción con el diagnóstico similar a ofrecida por
las láminas [7] (Figura 4).
14 Construcción de un banco de imágenes virtuales de Dermatopatología para la
docencia en Posgrado
Título de la tesis o trabajo de investigación
Figura4. Resultado entre dermatopatólogos, tomado de Brick, K. E., Comfere, N. I.,
Broeren, M. D., Gibson, L. E., & Wieland, C. N. (2014). The application of virtual microscopy
in a dermatopathology educational setting: assessment of attitudes among
dermatopathologists. International journal of dermatology, 53(2), 224-227.
1.4 Diagnóstico histopatológico de las enfermedades
inflamatorias de la piel
1.4.1 Conceptos básicos
El aprendizaje de los conceptos básicos y su terminología es importante desde el inicio del
entrenamiento en dermatopatología para que el estudiante los identifique y pueda
utilizarlos en la construcción del diagnóstico. Se han seleccionado los siguientes conceptos
por ser los más frecuentes:
• Acantosis: Aumento del espesor en capa espinosa de la epidermis, debido al
aumento del número de células. Sinónimo de hiperplasia [19].
• Hiperqueratosis: Aumento del espesor de la capa córnea, ya sea por formación
excesiva o falta de descamación. [19]
• Ortoqueratosis: Ausencia de núcleos en la capa córnea.
• Paraqueratosis: Presencia de núcleos en la capa córnea.
• Hipergranulosis: Aumento del espesor de la capa granulosa [19]. Normalmente
tiene de 2-3 capas celulares en piel no acral y 3-5 en piel acral.
Capítulo 1 15
• Hiperplasia: Aumento reversible del número de células con consecuente
engrosamiento de la epidermis [20].
• Hiperplasia Irregular: Elongación desigual de las crestas papilares.
• Hiperplasia Pseudocarcinomatosa: Hiperplasia epidérmica que recuerda el
carcinoma escamocelular.
• Hiperplasia Psoriasiforme: Crestas papilares elongadas regularmente con
preservación de su configuración.
• Hiperplasia Papilar: Proyecciones digitiformes de la epidermis sobre la superficie
de la piel.
• Atrofia: Disminución en el tamaño o en el número de células espinosas que
resultan en adelgazamiento epidérmico, usualmente con disminución o pérdida de
crestas interpapilares [19].
• Espongiosis (Edema intercelular): Edema entre células espinosas ensancha el
espacio intercelular y da la apariencia de esponja, usualmente acompañado de
células inflamatorias, predominantemente linfocitos [20].
• Acantolisis: Pérdida de cohesión entre células espinosas, permitiendo la formación
de vesículas o ampollas [20].
• Disqueratosis: Necrosis apoptósica de queratinocitos. Presentan citoplasma
compacto, intensamente eosinófilo, redondeado y de núcleo pequeño, picnótico
[19].
• Alteración vacuolar: Espacios pequeños inmediatamente arriba o debajo de la
membrana basal en la unión dermoepidérmica [20].
• Alteración liquenoide: Infiltrado en banda de células, que se extiende sobre la parte
más superficial de la dermis, paralelo a la epidermis y que usualmente oscurece la
interfase dermoepidérmica [20].
• Esclerosis: Aumento en el colágeno, con disposición alterada, con apariencia
homogénea, eosinofílica, con escaso número de fibroblastos [19].
• Fibrosis: Aumento en el colágeno, con disposición alterada, con aumento en
número de fibroblastos [19].
16 Construcción de un banco de imágenes virtuales de Dermatopatología para la
docencia en Posgrado
Título de la tesis o trabajo de investigación
1.4.2 Estudio por patrones de las enfermedades infamatorias de la
piel
Al estudiar la enfermedad, el médico patólogo debe tener en cuenta ciertos puntos
cardinales de enfoque, el primero es ¿qué es?, segundo ¿cuál es la causa?, tercero ¿cómo
sucedió?, para el caso específico de la dermatopatología, escanear la lesión tanto macro,
como microscópicamente, requiere, que se reconozcan ciertas características en una u
otra entidad, y de ésta manera podemos, mediante la visualización, identificar patrones
específicos, que requieren la valoración panorámica de cada una de ellas.
Para ello, autores como Weedon, Maize y Ackerman han propuesto una manera más
amigable y lógica de abordar las muestras de piel, consistente en un acercamiento por
patrones, con lo que se logra ganar tiempo y disminuir el esfuerzo intelectual,
esquematizando los hallazgos que se pueden encontrar a la hora de evaluar éste tipo de
tejido, sin embargo, debe haber siempre un proceso de correlación clínico-patológica que
ayude a orientar el caso y dar una impresión diagnóstica, además de servir de guía para
el clínico [21].
Dentro de los modelos de patrones diseñados, el propuesto por elDr Bernard Ackerman en
1979 bajo el texto denominado “Diagnosis of Inflammatory Skin Diseases: A Method by
Pattern Analysis”, es uno de los más difundidos y ofrece un método diagnóstico desde la
normalidad del tejido, las variaciones regionales según la localización anatómica, el sitio
donde se ubica la lesión principal y la manera en que las células inflamatorias se disponen
en el tejido. Ackerman propuso nueve patrones primarios o principales donde muchas
enfermedades pueden compartir características histológicas y posteriormente se van
desglosando al sumar criterios histológicos para definir enfermedades prototipo del patrón
con sus diagnósticos diferenciales o limitar las posibilidades diagnósticas a pocas
enfermedades.
Los patrones actualmente aceptados son los descritos en la tercera edición del texto de
Ackerman publicada en 1998 [22]:
• Dermatitis Perivascular: Se refiere al compromiso inflamatorio que rodea ya sea el
plexo vascular superficial, y/o el plexo vascular profundo.
Capítulo 1 17
• Dermatitis Perivascular sin compromiso epidérmico: Unión dermoepidérmica
intacta con inflamación perivascular únicamente o perivascular e intersticial. Exige
evaluar cuidadosamente todas las capas de la piel para realizar un diagnóstico
específico que algunas veces no es posible lograr y es denominado “dermatitis
crónica no específica”.
• Dermatitis Perivascular con compromiso de la unión dermoepidérmica (Interfase
vacuolar o liquenoide): Hay compromiso de la unión dermoepidérmica que puede
ser de dos maneras; la primera, consiste en alteración vacuolar que hace referencia
a la presencia de líquido intersticial sobre o debajo de la membrana basal, asociado
a exocitosis de células inflamatorias en la capa basal y a necrosis de queratinocitos,
siendo la entidad prototipo el Eritema multiforme. La segunda, corresponde a la
alteración liquenoide, que se caracteriza por la presencia de acumulación densa de
células inflamatorias que oscurecen la dermis superficial en sentido paralelo a la
epidermis, algunas de ellas se extienden a la unión dermoepidérmica y a la
epidermis, la entidad prototipo es el Liquen plano.
• Dermatitis perivascular con balonización: Degeneración queratinocítica por edema
intracelular. A su vez se subdivide en tres, la primera con balonización únicamente,
segunda con compromiso de interfase y la tercera cuando se asocia a hiperplasia
psoriasiforme o pseudocarcinomatosa.
• Dermatitis perivascular espongiótica: Presenta edema intercelular evidenciado por
células espinosas separadas, que puede confluir para formar vesículas, con
infiltrado inflamatorio de linfocitos, ocasionales eosinófilos y con menor frecuencia
de neutrófilos. Las vesículas pueden ser evidentes clínicamente. La entidad
prototipo es la dermatitis de contacto alérgico.
• Dermatitis perivascular psoriasiforme: Hay hiperplasia epidérmica con elongación
uniforme de las crestas papilares. La entidad prototipo es la psoriasis.
• Dermatitis Nodular y difusa: Presenta infiltrado inflamatorio que se agrupa en
nódulos, o de manera difusa, y se subdividen según el tipo de célula inflamatoria
que predomina.
• Vasculitis: Proceso inflamatorio en el cual, las células inflamatorias están dentro y
alrededor de los vasos sanguíneos con signos de daño vascular como depósitos
de fibrina, necrosis endotelial y de células musculares. La entidad prototipo será
diferente según el calibre del vaso comprometido.
18 Construcción de un banco de imágenes virtuales de Dermatopatología para la
docencia en Posgrado
Título de la tesis o trabajo de investigación
• Dermatitis vesicular: Presenta lesiones vesiculares que se forman mediante
diferentes mecanismos donde se incluyen, edema intercelular (espongiosis),
edema intracelular (Balonización) y acantolisis. Las entidades prototipo varían
según el mecanismo causal y la ubicación de la vesícula.
• Dermatitis pústular: Se caracteriza por colecciones intraepiteliales de neutrófilos,
tiene los mismos mecanismos de producción que el patrón de dermatitis vesicular.
• Foliculitis y perifoliculitis: Foliculitis denota la presencia de células inflamatorias
dentro del epitelio folicular, mientras que la perifoliculitis implica presencia de
células inflamatorias alrededor de vasos sanguíneos del tejido conectivo
perifolicular. Estos procesos inflamatorios pueden producir destrucción de folículos
pilosos y consecuente alopecia.
• Dermatitis fibrosante: Denota el estado en resolución de un proceso inflamatorio
intenso o insidioso, sin embargo, la mayoría de procesos inflamatorios en piel no
resuelven con fibrosis, resultando ésta, principalmente, por destrucción colágena
que es seguida de un proceso reparativo hipercelular, rico en fibroblastos, que
tienen como objetivo reparar el defecto, pero que como resultado final, no logran
restaurar completamente el tejido, conllevando a la alteración de la arquitectura
usual de la porción comprometida. La esclerosis, es hipocelular y presenta
compactación del colágeno depositado.
• Paniculitis: Infiltrado inflamatorio en la hipodermis de predominio lobular o septal
según la ubicación de la mayoría del infiltrado inflamatorio; se subclasifica de a
acuerdo con la presencia o no de vasculitis.
2. Desarrollo de la herramienta
Se seleccionaron más de cien casos de enfermedades prototipo de los patrones para el
diagnóstico histológico de las enfermedades de la piel propuestos por el Dr B. Ackerman
[20] y otras enfermedades de la piel cuyas características morfológicas son claras y no
generan dudas en el diagnóstico. Se obtuvieron del archivo del Departamento de patología
de la Universidad Nacional de Colombia, de las colecciones de Dermatopatología y de los
casos que se analizan en el taller semanal de Dermatopatología, de la Universidad
Nacional de Colombia.
Se observó cada caso en el microscopio de luz para escoger el corte más representativo,
con adecuada tinción y sin artificios derivados del proceso histotecnológico. Se definieron
el patrón y los conceptos histopatológicos claves que fueron resaltados y definidos para
cada imagen
Los cortes escogidos se digitalizaron durante un periodo de 10 meses a razón de
aproximadamente 3 láminas histológicas por semana.
La adquisición de las imágenes digitalizadas se llevó a cabo usando el microscopio
robotizado diseñado y patentado por el grupo CIM@LAB de la Universidad Nacional de
Colombia, sede Bogotá.
Las imágenes fueron ensambladas, almacenadas y posteriormente subclasificadas en dos
grupos (dos carpetas): 1. Conceptos básicos 2. Patrones de enfermedades inflamatorias
de la piel.
En cada lámina virtual se realizaron las anotaciones para señalar los conceptos
histopatológicos de importancia para el diagnóstico y de igual manera se describieron las
definiciones correspondientes.
3. Presentación y difusión de la herramienta
La herramienta desarrollada está disponible a través de la URL:
http://cimalab.unal.edu.co/microscopio, donde es posible identificar el listado de categorías
y subcategorías, posteriormente la definición de los patrones de abordaje diagnóstico y las
anotaciones con su respectiva descripción como lo muestran las figuras 5-7. También se
construyó una aplicación móvil para Android, la cual se espera estará disponible
próximamente en la play store. De esta manera, los estudiantes de posgrado en patología
y dermatología de la Universidad Nacional de Colombia tienen acceso a las imágenes
anotados como complemento en su proceso de formación.
Figura 5. Ejemplo de visualización de categorías y subcategorías.
22 Construcción de un banco de imágenes virtuales de Dermatopatología para la
docencia en Posgrado
Título de la tesis o trabajo de investigación
Figura 6. Ejemplo de imágenes de una categoría. Incluye la definición de la categoría
y las imágenes que esta contiene.
A
B
Figura 7. A Muestra la imagen completa con sus correspondientes diagnóstico y versión
en miniatura. B. Ejemplo de anotación y su definición en la esquina inferior derecha.
Capítulo 3 23
Para difundir y calificar la herramienta, se realizó una prueba piloto con un grupo de tres
residentes de dermatología y nueve de patología. Accedieron al sistema utilizando
diferentes dispositivos para interactuar con la plataforma, navegaron las imágenes y
revisaron las definiciones de patrones y anotaciones. Después, se aplicó una encuesta en
la que se preguntaba qué opinaban de los diferentes tópicos, es decir, evaluaron la claridad
de los conceptos y definiciones, la calidad de la información, la utilidad del sistema y la
facilidad para utilizarlo y para navegar por las imágenes. Todos los participantes
coincidieron en que el tutorial es adecuado y claro, y la interfaz es fácil de usar. También
coinciden en que las definiciones y anotaciones son apropiadas y ofrecen una guía para
un diagnóstico correcto, por lo que el sistema podría contribuir potencialmente a su
entrenamiento en dermatopatología. Además, el 58.3% de los residentes indicó que la
navegabilidad de las imágenes es excelente, y el 41.7% restante consideró que estaba
bien ya que a veces el sistema es lento, especialmente cuando se trata de navegar
imágenes muy grandes. En las figuras 8 y 9 se muestran las gráficas de estos resultados.
Figura 8. Preguntas aplicadas en la encuesta. Relacionadas con las anotaciones,
definiciones, tutorial y complemento académico.
24 Construcción de un banco de imágenes virtuales de Dermatopatología para la
docencia en Posgrado
Título de la tesis o trabajo de investigación
Figura 9. Pregunta aplicada en la encuesta. Relacionada con la navegabilidad de las
imágenes.
La herramienta diseñada se presentó en los siguientes congresos internacionales
relacionados con áreas de patología digital y/o análisis de imágenes diagnósticas:
• Toro, P., Corredor, G., Romero, E. & Arias, V. (2018) "Web application for
pathology training using a low-cost platform and annotated whole slide images".
Proc. of the 14th European Congress on Digital Pathology and the 5th Nordic
Symposium on Digital Pathology (Helsinki - Finland)
• Toro, P., Corredor, G., Romero, E. & Arias, V. (2018) "A Visualization, Navigation,
and Annotation System for Dermatopathology Training". Proc. of the 14th
International Symposium on Medical Information Processing and Analysis
(Mazatlán, Mexico)
• Toro, P., Corredor, G., Romero, E. & Arias, V. (2017) "Presentation of an annotated
whole-Slide image database of Dermatopathology for Postgraduate Training in
Pathology and Dermatology". Proc. of the 5th Digital Pathology Congress (London
- UK)
4. Conclusiones y perspectivas
En este trabajo, se desarrolló una herramienta virtual para visualizar dinámicamente
imágenes de histopatología, específicamente casos de dermatopatología inflamatoria. Las
imágenes tienen botones con funciones de navegación, diagnóstico y anotaciones que
resaltan características histológicas relevantes. Este sistema puede potencialmente
apoyar el entrenamiento en posgrados de dermatología y patología. Además, está
disponible públicamente y se puede acceder de forma gratuita desde cualquier dispositivo
móvil (computadora, tableta, celular) con acceso a Internet. También ofrece ventajas sobre
los libros de texto clásicos, ya que es dinámico, se puede consultar en cualquier lugar, en
cualquier momento, desde cualquier dispositivo habilitado para Internet y presenta
información actualizada.
Aunque el sistema se centró en muestras de dermatopatología, podría extenderse
fácilmente a otros sistemas en patología (incluidos nuevos órganos y enfermedades). Un
beneficio indirecto y adicional de esta herramienta es que proporciona una fuente de
información muy valiosa (base de datos anotada) que podría ser potencialmente explotada
para fines de investigación. No obstante, cabe anotar que la herramienta se encuentra en
una fase inicial y se requieren estrategias de mejora para lograr un funcionamiento más
rápido y fluido de la aplicación.
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